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[参考译文] TPS92518HV:如何使峰值电流寄存器在电压和电流之间保持线性?

Guru**** 2493175 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS92518, TPS92518HV, LM3409HV, LM3409

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/703976/tps92518hv-how-do-i-make-peak-current-register-linear-across-voltage-and-current

器件型号:TPS92518HV
主题中讨论的其他器件:TPS92518LM3409HVLM3409

我有一个不寻常的产品、它可以驱动18V - 48V (外加电缆)和150mA - 1.1安培的任何数量和任何类型的 LED。

本手册提供的公式专为一次性应用而设计。 选择二极管、选择链长度、选择电流、选择频率、将运算值输入公式、然后得到 Rsense、L 和寄存器值。 该部件将为链加电并始终运行。

我的应用需要支持宽范围的输出电压和电流、并处理 LED 的电压根据流过 LED 的电流(温度)变化的事实。

效率直接影响计算 TOFF、TOFF 必须正确才能获得正确的频率和正确的电流。

因此、我手动调整了您工具中的寄存器值、以测量器件的效率、从而了解我要面对的结果。

它看起来相当复杂:

测得的接近800KHz 的转换器效率:

转换器效率
测量的频率 PKTH TOFF I 目标 V 目标 输出电流 输出电压 输入电流 输入电压 输出电压 引脚 效率
809000 18 40 0.1. 18 0.102. 18.5. 0.064 57.62 1.8887 3.68768 51.17%
807000 61. 35. 0.3. 18 0.3. 17.9. 0.128. 57.71. 5.37. 7.38688 72.70%
796000 103. 35. 0.5. 18 0.502. 18.32. 0.2. 57.67 9.19664年 11.534 79.74%
792000 143. 35. 0.7. 18 0.697. 18.56. 0.273. 57.64 12.93632. 15.73772 82.21%
798000 184. 34 0.9. 18 0.9. 17.95 0.34. 57.6. 16.155. 19.584. 82.49%
799000 226 34 1.1. 18 1.106. 18.12. 0.423 57.57. 20.04072. 24.35211 82.30%
800000 255. 34 1.26. 18 1.249. 18.24. 0.482 57.54. 22.78176. 27.73428 82.14%
811000 23 46. 0.1. 36. 0.103. 36.34. 0.095 57.53. 3.74302 5.46535. 68.49%
812000 64 38. 0.3. 36. 0.3. 36.53. 0.224 56.65 10.959 12.6896. 86.36%
808000 105. 36. 0.5. 36. 0.502. 36.42. 0.357 57.57. 18.28284. 20.55249 88.96%
814000 146. 35. 0.7. 36. 0.703. 36.02 0.488. 57.51. 25.32206. 28.06488 90.23%
812000 186. 34 0.9. 36. 0.901. 36.3. 0.628 57.435 32.7063 36.06918 90.68%
815000 226 33. 1.1. 36. 1.1. 36.5. 0.772 57.35. 40.15. 44.2742 90.68%
800000 255. 34 1.26. 36. 1.242. 35.87 0.859. 57.32. 44.55054. 49.23788 90.48%
796000 26 27. 0.1. 54 0.103. 50.31. 0.113 57.7. 5.18193. 6.5201 79.48%
790000 62. 13. 0.3. 54 0.302. 52.96 0.31. 57.6. 15.99392 17.856 89.57%
797000 101. 7. 0.5. 54 0.497 53.98 0.504 57.525 26.82806 28.9926. 92.53%
750000 143. 6. 0.7. 54 0.704. 53.73 0.703. 57.4. 37.82592 40.3522. 93.74%
777000 185. 5. 0.9. 54 0.903 53.78 0.9. 57.32. 48.56334 51.588 94.14%
685000 224. 3. 1.1. 54 1.102. 54.1. 1.102. 57.21. 59.6182 63.04542. 94.56%
410000 255. 3. 1.26. 54 1.255. 54.42. 1.258. 57.128. 68.2971. 71.86702 95.03%

您可以看到效率随电流和电压而变化。

问题是:如何计算 TOFF 和 PKTH 以确保在所有情况下获得正确的频率和线性 PKTH?

我计划校准每个通道、我想我将校准 TOFF、但从我可以看到的结果来看、我将在填充每个通道的非常复杂的数据表时花费很长的时间。

您能否建议一种方法--可能包括校准--我可以通过这种方法计算 TOFF,使 PKTH 在电压和电流之间保持线性?

感谢你的帮助。 我真的很感谢。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好 Brian、

    您的范围为1.887W 至68.2971W。  您希望以相当高的频率运行、以便在低输出功率下实现相当低的效率。

    遗憾 的是、对于您要执行的操作、TPS92518调节峰值电流、这意味着当您设置较低的峰值阈值时、它不会以线性方式降低。  如果纹波非常低、则可能接近、但在大多数设计中不是这样。

    TPS92518纹波恒定当输出电压变化时、关断时间与 LED 堆叠电压成正比、从而使纹波峰峰值保持恒定。  它还会补偿 Vin 的变化、因为它达到峰值电流阈值。  为了实现这一目的、频率必须发生变化。  如果您针对不同的运行条件更改 TOFF、则不再适用、从而使设定点更加复杂。  滞环控制具有许多优势、精确的电流调节(基于电感器容差和纹波百分比)和线性调光会牺牲这些优势。

    "问题是:如何计算 TOFF 和 PKTH 以确保在所有情况下获得正确的频率和线性 PKTH?"

    如果您使用的是微控制器、则可以测量平均输出电流并调整需要调整的值以接近、这有点像针对每个工作点进行修整。  另一个是查找表。  这将很难实现、因为 TPS92518不是在恒定或窄范围频率下运行。

    "我计划校准每个通道、我想我将校准 TOFF、但从我可以看到的结果来看、我将会在每个通道中填充非常复杂的数据表、这将需要很长时间。"

    是的、这是正确的。  使您的设计复杂化的另一个因素是更高的开关频率和宽输出功率范围、这使得效率成为数学的主要部分、并且开关频率范围有限、而这是该器件不是为该部分设计的。

    TPS92518不打算在固定频率下运行、而是要调节峰值电流并产生平均电流、无论输入电压或输出电压要求 TOFF 保持恒定。

    此致、

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    谢谢 Irwin。

    我不太理解目标频率参数。 我认为应该如何使用该器件、而不是我应该如何实际使用该器件。

    目标频率具有次要意义。 我以大约800KHz 的频率收集了该数据、因为我误解了目标频率的目的、并希望确保测量尽可能通用。

    让我重新表述我的问题。

    是否有适合我使用 TPS92518HV 的线性 PKTH 的使用模型? 如果不是、是否有一个部件将对输入模拟 DIM 信号具有线性响应?

    假设我可以测量输出电流(使用外部 ADC)和电压(使用 TPS92518HV)、是否可以针对任何情况配置寄存器、从而为 PHTH 寄存器提供线性且可预测的设置、从而产生所需的输出电流?

    再次感谢您的帮助。

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    您好 Brian、

    是的、并非所有事情都难于完成。 如果您的所有工作点都是 TPS92518运行连续模式的位置、则该范围将呈线性并具有偏移。 这是因为它调节峰值电流。 请想象一个具有直流失调电压的三角波、其中三角波始终高于零。 TPS92518调节峰值、平均值是一条通过三角波中心或直流失调电压的线路。

    因此、在连续模式下、它将具有平均电流、其中1/2的峰峰值电流作为偏移。 如果它不连续、则会变得更加困难、数据表或 EVM 中会显示它的行为方式。 如果您将 Toff 保持不变、则可以计算峰间纹波、对于所有运行条件、它应该是相同的、将其除以2、这就是偏移。 因此、如果您尝试将纹波保持在50mA、并且您的最大值为1.2安、则峰值阈值将为1.225安。 为此设置255。 如果您需要1安培、则需要25 mA、1.025安培、并计算峰值阈值 DAC、则为213。 由于纹波较低、因此失调电压较低。 如果您将纹波设置得更高、偏移就会更大。

    您可以在不测量输出电流的情况下执行此操作、除非您希望在低电流设置下进行修整以获得更高的精度。 此外、效率不会对此产生影响、因为它控制 LED 电流。

    此致、
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    在过去的几天里、我一直在进行实验、以确定电压、电流和频率范围内的工作效率。 我收集了大量数据、并尝试构建一个公式、将电压、电流和频率用作计算 TOFF 和 PKTH 参数的输入。

    它几乎可以工作。 我接近、但不够准确。 它在低电流下尤其与众不同、因为在低电流下效率会急剧下降。 很难找到适合这些曲线的公式。

    我仍然认为我对此采取了错误的方法。

    问题是:计算 TOFF 与效率直接相关、如果不知道效率、我无法预测工作频率。 我们在 LM3409HV 设计中遇到的一个问题是、在较低电压下、工作频率超过1.2MHz、导致器件发热。 由于之前的设计人员设计的是最高功率而不是中间功率、因此频率略高于规格。

    我正在尝试一种方法来实现此目的、允许我校准并确保在所有电压和电流范围内的工作频率处于合理范围内、同时在设置 PKTH 寄存器时仍保持线性响应。

    我考虑了以500KHz 为目标、因为这样我在进行计算时可以在频率容差方面发挥一定的作用、 但我确实需要720KHz、因为这样可以将纹波降至50mA、这是低端线性度和驱动 LED 的方式所必需的。 当我的目标是720KHz 时、我可以超过一个 MHz、这太高了。

    是否有办法在不了解转换器效率的情况下设置 TOFF? 我是说从另一个角度来看待问题的其他方法吗?

    或者我是过度思考这个问题吗? 您是否可以通过其他方式建议我解决 TOFF 和 PKTH 问题?
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    您好 Brian、

    您尝试执行的操作将很困难、因为您尝试以不是真正设计的方式运行器件。

    可能是一种不同的方法、其中您的以恒定的关断时间运行、仅针对几个不同的组进行调整、以将开关频率保持在您想要的范围内。 它旨在具有恒定纹波和可变开关频率、您的操作点使开关频率范围非常大。

    您还可以使用大得多的电感器值来降低总体开关频率范围。

    此致、
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    您好、那么您希望在更改输出电压时保持调节并保持频率不变? 这不是 LM3409默认的工作方式、但如果您的系统中有控件、则可以完成此操作。 我看到它的方法是在输出电压变化时操控关断计时器和峰值(IADJ)值。 如果您可以校准、那么您应该能够很好地控制电流。 您可以计算每个值的大小、或设置系统并调整每个值、直到频率和平均输出电流达到所需值、然后记录这些值并在适当时使用这些值。 您可能会遇到一些实际限制。 如果您的输出负载是 LED 的设置数量、并且它们何时出现是已知的、那么您的系统实现将更加简单-否则您将不得不读取电压并设置和算法来进行调整。

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    谢谢 Tim。

    我在上面意识到、我没有清楚地传达我的情况、主要是因为我自己并不真正理解。

    让我更清楚地说明我的目标:

    1) 1)在所有电压和电流范围内将纹波保持在50mA 以下。 (保持 CCM 低至100mA 以实现线性)。

    2) 2)将频率保持在800KHz 或更低。

    3) 3)使模拟维度(平均电流)设置具有线性特征、并可在整个电压输出电压范围内以99%的精度进行预测。

    我们目前正在生产3409HV。 该设计存在一些在生产前发现的问题、因此我们尽可能在软件中解决这些问题。

    我们使用的是具有20K roff 和470pF Coff 的100uH 电感器、这会导致纹波较高、因此我们无法实现低至100mA 的线性模拟调光。 我们通过对电压和电流进行分段式线性近似来解决这一问题。 包含电流和电压输入以及我们馈入 PWM 发生器的微调值的表、该 PWM 发生器经过滤波以驱动 IADJ 引脚。

    我正在设计一个新的设计、其规格仍然是通量的。 我正在尝试解决我们的一些基本问题、同时稍微扩展我们的功能。

    此时、我愿意使用任何 LED 驱动器。 我正在考虑保留 LM3409HV、因为我熟悉它、设计需要进行一些微调。 我还在考虑使用 TPS92815HV、因为建议将其用作具有线性模拟调光控制的器件。

    我已经为 LM3409HV 重新完成了数学计算、根据数学计算、我可以使用具有24K 效率(470pF Coff)的330uH 电感器并实现我的目标。 我有这些部件、所以我将尝试一下。 但我还记得、几年前我试图解决这个问题时、为了在低电压和低电流上支持 CCM、电感器必须更大。 仿真显示、高电流、中电压的实际频率是数学预测的一半。 我对此仍感到困惑。 很明显、如果中间电压未达到正确的频率、则纹波将会过高、并且在低电流时、我将在 CCM 中遇到问题。

    但是、最初为我创建的这个线程是为了了解如何通过将 TOFF 编程为正确的值来使 TPS92518HV PKTH 寄存器在整个电压范围内保持线性。 但我被卡住了。 TOFF 在很大程度上取决于电路的效率、即使我尝试推导它、我也无法获得使 TOFF 达到我预期频率所需的精度。 也许我需要一种更好的方法来看待这个问题。 TOFF 可能不是很重要、因为我只需要确保在所有电压(10VDC - 54VDC)下以100mA 的电流达到 CCM。

    我只是想了解这些器件在我独特的情况下的行为。 如果您有任何见解、我们将不胜感激。

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    大家好,首先我想问你为什么要维持 CMM? (不是说这是一个坏主意)如果您担心通过 CCM/DCM 保持线性调光、那么您可以使用 uC 来解决这一问题(您可能已经完成了)如果您担心闪烁问题、则可以增大输出电容以使 DCM 电流平滑。 保持它的连续运行将提供最佳性能、但让它进入 DCM 也会有一些控点。
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    如果器件进入 DCM 模式、则模拟调光将变为非线性模式。 因此、我需要将 CCM 中的器件保持在最低电流100mA 以下。 因此、最大纹波为100mA、但为了确保有一些净空、我需要至少为75mA、但出于其他原因、我将拍摄50mA。

    我尝试移除输出电容、以帮助电感器增加。 我们通过 LED 电源运行通信。 我们控制 PWM DIM 频率以将数据发送到适配器、并且在线缆末端的适配器会在 LED 控制器的 PWM 输出的"空白"(关闭)时间内耗尽直流失调电压。 适配器会找到 LED 电源的下降沿、然后将 LED 电源接地短路、以将数据发送回发动机。 我们只有50us 的时间来检测边沿、中断 MCU、然后发送数据。 使用大电感器和电容器时、从电感器和电容器中消耗能量所需的时间约为25us 或更长时间、因此适配器会耗尽时间。 我尝试将电感器关断时间保持在10us 左右。

    由于我们的应用支持多种 LED、我们需要非常精确地设置电流、这意味着12V 150mA LED 需要处于 CCM 模式。 除非有办法准确预测如何设置 DCM 模拟调光。
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    好的、我看到什么让你来这里。 有趣。 非线性运行:由于 DCM 中的关系是非线性的、因此使您的设定点调整非线性成为校正响应的另一种方法、从而使整体响应呈线性。 您可以考虑调光算法中的非线性。 我还在数据表中计算了公式-查看第8.3.8.5节。  您的控制中的非线性是否会为您分配工作?

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    我认为、由于 D1 (eqn 20)与电路效率有关、并且由于效率基本未知、因此无法使用 CPU 预测任何行为。

    我认为、确保具有线性响应的唯一方法是计算电路的设定点、该设定点在100mA 至1.1A 以及10VDC 至54VDC 之间始终保持线性。

    我终于了解了 LM3409HV 的行为、并根据我在上一段中所述的规格、使用线性修整进行了启动和运行。 我的秘密是降低工作频率并增加 Toff、同时通过增大电感器尺寸来保持令人满意的纹波电流。 我正在测试我的配置。 在我开始工作后、我将再次为 TPS92518HV 执行这些数字、并查看是否可以在根据输出电压设置 TOFF 寄存器的同时从 PKTH 寄存器获得线性行为。